本文主要是關(guān)于晶體三極管的介紹，并著重描述了晶體三極管的放大電路。
晶體三極管
晶體三極管（以下簡(jiǎn)稱(chēng)三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，（其中，N是負(fù)極的意思（代表英文中Negative），N型半導(dǎo)體在高純度硅中加入磷取代一些硅原子，在電壓刺激下產(chǎn)生自由電子導(dǎo)電，而P是正極的意思（Positive）是加入硼取代硅，產(chǎn)生大量空穴利于導(dǎo)電）。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。
對(duì)于NPN管，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱(chēng)為發(fā)射結(jié)，而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱(chēng)為集電結(jié)，三條引線分別稱(chēng)為發(fā)射極e （Emitter）、基極b （Base）和集電極c （Collector）。如右圖所示
當(dāng)b點(diǎn)電位高于e點(diǎn)電位零點(diǎn)幾伏時(shí)，發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，而C點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位幾伏時(shí)，集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Eb。
在制造三極管時(shí)，有意識(shí)地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時(shí)基區(qū)做得很薄，而且，要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）及基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過(guò)發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ綌U(kuò)散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過(guò)發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱(chēng)為發(fā)射極電流子。
由于基區(qū)很薄，加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過(guò)集電結(jié)進(jìn)入集電區(qū)而形成集電極電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進(jìn)行復(fù)合，被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補(bǔ)給，從而形成了基極電流Ibo.根據(jù)電流連續(xù)性原理得：
Ie=Ib+Ic
這就是說(shuō)，在基極補(bǔ)充一個(gè)很小的Ib，就可以在集電極上得到一個(gè)較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關(guān)系，即：
β1=Ic/Ib
式中：β1--稱(chēng)為直流放大倍數(shù)，
集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為：
β= △Ic/△Ib
式中β--稱(chēng)為交流電流放大倍數(shù)，由于低頻時(shí)β1和β的數(shù)值相差不大，所以有時(shí)為了方便起見(jiàn)，對(duì)兩者不作嚴(yán)格區(qū)分，β值約為幾十至一百多。
α1=Ic/Ie（Ic與Ie是直流通路中的電流大?。?/p>
式中：α1也稱(chēng)為直流放大倍數(shù)，一般在共基極組態(tài)放大電路中使用，描述了射極電流與集電極電流的關(guān)系。
α =△Ic/△Ie
表達(dá)式中的α為交流共基極電流放大倍數(shù)。同理α與α1在小信號(hào)輸入時(shí)相差也不大。
對(duì)于兩個(gè)描述電流關(guān)系的放大倍數(shù)有以下關(guān)系
三極管的電流放大作用實(shí)際上是利用基極電流的微小變化去控制集電極電流的巨大變化。 ［2］
三極管是一種電流放大器件，但在實(shí)際使用中常常通過(guò)電阻將三極管的電流放大作用轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?/p>
放大原理
1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子
電源Ub經(jīng)過(guò)電阻Rb加在發(fā)射結(jié)上，發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（自由電子）不斷地越過(guò)發(fā)射結(jié)進(jìn)入基區(qū)，形成發(fā)射極電流Ie。同時(shí)基區(qū)多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，但由于多數(shù)載流子濃度遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū)載流子濃度，可以不考慮這個(gè)電流，因此可以認(rèn)為發(fā)射結(jié)主要是電子流。
2、基區(qū)中電子的擴(kuò)散與復(fù)合
電子進(jìn)入基區(qū)后，先在靠近發(fā)射結(jié)的附近密集，漸漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促使電子流在基區(qū)中向集電結(jié)擴(kuò)散，被集電結(jié)電場(chǎng)拉入集電區(qū)形成集電極電流Ic。也有很小一部分電子（因?yàn)榛鶇^(qū)很薄）與基區(qū)的空穴復(fù)合，擴(kuò)散的電子流與復(fù)合電子流之比例決定了三極管的放大能力。
3、集電區(qū)收集電子
由于集電結(jié)外加反向電壓很大，這個(gè)反向電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)力將阻止集電區(qū)電子向基區(qū)擴(kuò)散，同時(shí)將擴(kuò)散到集電結(jié)附近的電子拉入集電區(qū)從而形成集電極主電流Icn。另外集電區(qū)的少數(shù)載流子（空穴）也會(huì)產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，流向基區(qū)形成反向飽和電流，用Icbo來(lái)表示，其數(shù)值很小，但對(duì)溫度卻異常敏感。
晶體三極管放大原理
差分對(duì)管輸入級(jí)
輸入級(jí)主要起緩沖作用。輸入輸入阻抗較高時(shí)，通常引入一定量的負(fù)反饋，增加整個(gè)功放電路的穩(wěn)定性和降低噪聲。
前置激勵(lì)級(jí)的作用是控制其后的激勵(lì)級(jí)和功勞輸出級(jí)兩推挽管的直流平衡，并提供足夠的電壓增益。
激勵(lì)級(jí)則給功率輸出級(jí)提供足夠大的激勵(lì)電流及穩(wěn)定的靜態(tài)偏壓。激勵(lì)級(jí)和功率輸出級(jí)則向揚(yáng)聲器提供足夠的激勵(lì)電流，以保證揚(yáng)聲器正確放音。此外，功率輸出級(jí)還向保護(hù)電路、指示電路提供控制信號(hào)和向輸入級(jí)提供負(fù)反饋信號(hào)（有必要時(shí)）。
放大器的輸入級(jí)功率放大器的輸入級(jí)幾乎一律都采用差分對(duì)管放大電路。由于它處理的信號(hào)很弱，由電壓差分輸入給出的是與輸入端口處電壓基本上無(wú)關(guān)的電流輸出，加之他的直流失調(diào)量很小，固定電流不再必須通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)，所以其線性問(wèn)題容易處理。事實(shí)上，它的線性遠(yuǎn)比單管輸入級(jí)為好。圖1-2示出了3種最常用的差分對(duì)管輸入級(jí)電路圖。
圖1-2種差分對(duì)管輸入級(jí)電路
在輸入級(jí)電路中，輸入對(duì)管的直流平衡是極其重要的。為了取得精確的平衡，在輸入級(jí)中加上一個(gè)電流反射鏡結(jié)構(gòu)，如圖1-3所示。它能夠迫使對(duì)管兩集電極電流近于相等，從而可以對(duì)二次諧波準(zhǔn)確地加以抵消。此外，流經(jīng)輸入電阻與反饋電阻的兩基極電流因不相等所造成的直流失調(diào)也變得更小了，三次諧波失真也降為不加電流反射鏡時(shí)的四分之一。
在平衡良好的輸入級(jí)中，加上一個(gè)電流反射鏡，至少可把總的開(kāi)環(huán)增益提高6Db。而對(duì)于事先未能取得足夠好平衡的輸入級(jí)，加上電流反射鏡后，則提高量最大可達(dá)15dB。另一個(gè)結(jié)果是，起轉(zhuǎn)換速度在加電流反射鏡后，大致提高了一倍。
在輸入級(jí)中，即使是差分對(duì)管采用了電流反射鏡結(jié)構(gòu)，也仍然有必要采取一定措施，以見(jiàn)效她的高頻失真。下面簡(jiǎn)述幾鐘常用的方法。
1）、恒頂互導(dǎo)負(fù)反饋法
圖1-4示出了標(biāo)準(zhǔn)輸入級(jí)（a）和加有恒定互導(dǎo)（gm）負(fù)反饋輸入級(jí)（b）的電路原理圖。經(jīng)計(jì)算，各管加入的負(fù)反饋電阻值為22Ω當(dāng)輸入電壓級(jí)為-40dB條件下,經(jīng)測(cè)試失真由0.32%減小到了0.032%。同時(shí)，在保持gm為恒定的情況下，電流增大兩倍,并可提高轉(zhuǎn)換速率(10~20)V/us。
圖1-3標(biāo)準(zhǔn)電流反饋鏡輸入級(jí)?1-4?標(biāo)準(zhǔn)輸入級(jí)和加有恒定互導(dǎo)負(fù)反饋輸入級(jí)
將輸入管換成互補(bǔ)反饋行對(duì)管的方法，簡(jiǎn)稱(chēng)為CFP法，電路示于圖1-5。
圖1-5?改進(jìn)型差分管輸入級(jí)
這種輸入級(jí)與上述恒定互導(dǎo)負(fù)反饋輸入級(jí)相比，在輸入電壓級(jí)為-30dB情況下，測(cè)試結(jié)果顯示，恒定互導(dǎo)負(fù)反饋輸入級(jí)給出的三次諧波失真為0.35%，而CFP型輸入級(jí)的三次諧波失真為0.045%，對(duì)其它情況來(lái)說(shuō)，后者的三次諧波失真大致為前者的一半。
共射—共基互補(bǔ)輸入電路示于圖1-6（c）在該圖示值情況下，當(dāng)輸入電平級(jí)為-30Db時(shí)，失真見(jiàn)效到0.016%左右。另外，由于該電路在輸入管集電極處不存在值得重視的電壓波動(dòng)，其主要好處是把輸入器件用來(lái)工作的電壓Vce給降下來(lái)。這樣就可以允許她以較低的溫度工作，從而改善其熱平衡，通常Vce為5V即可工作的很好。
共射—共基互補(bǔ)型輸入級(jí)
將輸入管換成互補(bǔ)負(fù)反饋型對(duì)管
改進(jìn)輸入級(jí)線性的方法
加有電流反射鏡的輸入級(jí)
電壓放大級(jí)
由于電壓放大級(jí)不僅要提供全部的電壓增益，而且還要給出正個(gè)輸出的電壓擺幅，因而電壓放大級(jí)被人為是聲頻放大器中最關(guān)鍵的部分。然而，設(shè)計(jì)的好的電壓放大級(jí)，其對(duì)整個(gè)放大器的綜合時(shí)針是沒(méi)有多達(dá)影響的，電壓放大級(jí)自身產(chǎn)生的失真是很小的。圖1-7給出了6中電壓放大級(jí)的原理圖，其中（a）為以電流源為負(fù)載的常規(guī)電壓放大級(jí)；圖(b)為負(fù)載被自舉的常規(guī)電壓放大級(jí)；（c）為通過(guò)加強(qiáng)β的射極跟隨器，深化局部負(fù)反饋電壓放大級(jí)；（d）為采用共射—共基接法，深化局部負(fù)反饋電壓放大級(jí)；（e）為加有緩沖的電壓放大級(jí)；(f)為采用交替緩沖對(duì)電壓放大管負(fù)載加以自舉的電壓放大級(jí)。
圖1-7?電壓放大級(jí)的6種變形電路
使電壓放大級(jí)具有交稿的局部開(kāi)環(huán)增益是很重要的，因?yàn)橹挥羞@樣一來(lái)才能對(duì)電壓放大級(jí)記憶線性化，且可采用有源負(fù)載技術(shù)，以提高電壓增益。例如圖1-7（a、b、f）所示，若要進(jìn)一步改進(jìn)電壓放大級(jí)，其較有成效的途徑是致力于改善其特性曲線的非線性。
功率輸出級(jí)
眾所周知，決定輸出級(jí)時(shí)針的最基本因素就是工作類(lèi)別。由于甲類(lèi)工作狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生交越失真和開(kāi)關(guān)失真，因而成為理想的模式。然而，其產(chǎn)生的大信號(hào)失真仍未能小到可以忽略的程度。對(duì)甲乙類(lèi)而言，如果輸出功率超出甲類(lèi)工作所能承受的電平，則總諧波失真肯定會(huì)增大。因?yàn)檫@時(shí)的偏置控制是超前的，其互導(dǎo)倍增效應(yīng)（即位于甲類(lèi)工作區(qū)，兩管同事導(dǎo)通所導(dǎo)致的電壓增益增大現(xiàn)象）對(duì)時(shí)針殘留物產(chǎn)生影響而出現(xiàn)了許多高次諧波。這個(gè)事實(shí)似乎還鮮為人知，恐怕是由于在大多數(shù)放大器中這種互導(dǎo)倍增失真的電平相對(duì)都比較小，并被七臺(tái)河失真所完全淹沒(méi)了的緣故。對(duì)于甲乙類(lèi)而言，通過(guò)對(duì)它與甲乙類(lèi)失真殘留物頻譜分析可知，除不可避免的輸出級(jí)失真外，所有的非線性都已有效地加以排除，且在奇次諧波幅度上，最佳乙類(lèi)狀態(tài)要比甲乙累低10Db。實(shí)際上，奇次諧波普遍認(rèn)為是最令人討厭的東西，因此正確的做法是不避免甲乙類(lèi)工作狀態(tài)。
由此看來(lái)，關(guān)于輸出級(jí)工作狀態(tài)的選擇，似乎只能在甲鐳和乙類(lèi)二者中選取。但是，如果從效率、大信號(hào)失真、溫升及其它失真等方面綜合加以考慮的話，乙類(lèi)的各項(xiàng)性能指標(biāo)是壓倒其它類(lèi)別的，因此輸出級(jí)選擇乙類(lèi)工作狀態(tài)得到廣泛應(yīng)用。
輸出級(jí)的類(lèi)型約有20余種，例如射極跟隨器式輸出級(jí)、互補(bǔ)反饋對(duì)管式輸出級(jí)、準(zhǔn)互補(bǔ)式輸出級(jí)、三重式輸出級(jí)、功率FET式輸出級(jí)等，還有誤差校正型輸出級(jí)、電流傾注行輸出級(jí)及布洛姆利（Blomley）型輸出級(jí)等?，F(xiàn)僅介紹幾鐘如下：
輸出級(jí)的類(lèi)型
射極跟隨器式輸出級(jí)（達(dá)林頓結(jié)構(gòu)）
圖1-8是最常見(jiàn)的3種射極跟隨器式輸出級(jí)，他們是雙重射極跟隨器結(jié)構(gòu)，其中第一個(gè)跟隨器是第2個(gè)跟隨器（輸出管）的驅(qū)動(dòng)器。這里所以不稱(chēng)為答林頓結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫_(dá)林頓結(jié)構(gòu)暗含著它可以是包括了驅(qū)動(dòng)管、輸出管以及各種射極電阻的集成塊。
圖1-8 3種類(lèi)型的射極跟隨器輸出級(jí)
射極跟隨器式輸出級(jí)的特點(diǎn)是輸入是通過(guò)串聯(lián)的兩個(gè)發(fā)射結(jié)傳遞給輸出端，且這一級(jí)末加局部負(fù)反饋。另一個(gè)特點(diǎn)是在扁壓與射極電阻Re之間存在兩個(gè)不同的發(fā)射結(jié)，所傳輸?shù)碾娏鞑煌?，且結(jié)溫也不同。
三種類(lèi)型電路中，（a）為盛行的一種，其特征是把驅(qū)動(dòng)管的射極電阻連接到輸出電路上去。而（b）類(lèi)型兩驅(qū)動(dòng)官所公有的射極電阻Rd不在接到輸出電路上，可以在輸出管正處于關(guān)斷時(shí)讓驅(qū)動(dòng)管對(duì)其發(fā)射結(jié)加以反偏置。（c）類(lèi)型是通過(guò)把兩驅(qū)動(dòng)管射極電阻分別接到側(cè)供電電路上（而不是接到輸出電路上）來(lái)維持驅(qū)動(dòng)管工作于甲類(lèi)狀態(tài)的一種結(jié)構(gòu)。其突出的特點(diǎn)是在對(duì)輸出管基極進(jìn)行反偏置這一點(diǎn)上，表現(xiàn)的與（b）類(lèi)型同等良好，高頻事會(huì)關(guān)端得更為干脆。
事實(shí)上，上述三種類(lèi)型輸出級(jí)的共同特點(diǎn)都是在輸入端與負(fù)載之間串接了兩個(gè)發(fā)射結(jié)。另一
個(gè)特點(diǎn)就是增益降落產(chǎn)生在大輸出電壓與重負(fù)載的場(chǎng)合。
互補(bǔ)反饋對(duì)管式輸出級(jí)
互補(bǔ)反饋對(duì)管式輸出級(jí)也稱(chēng)為西克對(duì)管（SzikLai-Pair）式輸出級(jí)，見(jiàn)圖1-9。其特點(diǎn)是，驅(qū)動(dòng)管是按照有利于對(duì)輸出電壓與輸入電壓加以比較的需求來(lái)設(shè)置的，他可以給出更好的線性以及叫好的熱穩(wěn)定性。
由博里葉分析可知，互補(bǔ)反饋對(duì)管式輸出級(jí)產(chǎn)生的大信號(hào)非線性比射極跟隨器的要小，同時(shí)，交越區(qū)的寬度也窄的多，約為±0.3V。
準(zhǔn)互補(bǔ)式輸出級(jí)
圖1-10（a）示出了標(biāo)準(zhǔn)型準(zhǔn)互補(bǔ)電路，（b）為巴克森德?tīng)枺˙axandall）準(zhǔn)互補(bǔ)電路。標(biāo)準(zhǔn)型準(zhǔn)互補(bǔ)電路在交越區(qū)附近的對(duì)稱(chēng)性不佳，而對(duì)稱(chēng)性得到較大的改善的是采用跋克森徳爾二極管的巴克森徳爾互補(bǔ)電路。它常用語(yǔ)放大器的閉環(huán)中，在其它時(shí)針已大大地排除之后，它能夠給出很好的性能。例如，當(dāng)用于負(fù)反饋因數(shù)為34dB左右（30KHz）的放大器時(shí)，在100W條件下，失真可很容易做到0.0015%（1KHz）與0.15%（10kHz）。
圖1-9?互補(bǔ)反饋對(duì)管式輸出級(jí)?圖1-10?準(zhǔn)互補(bǔ)式輸出級(jí)
三重式輸出級(jí)
三重式輸出級(jí)的電路結(jié)構(gòu)，是在輸出級(jí)的每一半電路部分使用3個(gè)晶體管二不是2只，它可以有7種變形之多。該電路形式運(yùn)用得正確，可有以下兩個(gè)好處：
a、對(duì)于大輸出電壓與電流所給出的線性較好；
b、由于能夠讓前驅(qū)動(dòng)管來(lái)處理功率很小的信號(hào)，耳使其可一直保持很低的工作溫度，從而使靜態(tài)設(shè)定條件更加穩(wěn)定。圖1-11示出了產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所常用的3種重式輸出電路。
輸出級(jí)的時(shí)針可細(xì)分為大信號(hào)非現(xiàn)行失真、交越失真和開(kāi)關(guān)（關(guān)斷）失真3種。
在考慮所有雙極晶體管級(jí)的情況下，它們的大信號(hào)非線性失真（LSN）共同表現(xiàn)如下：
a、LSN隨負(fù)載阻抗的減小而增大
在負(fù)載為8Ω的典型輸出級(jí)中，其閉環(huán)LSN通?？珊雎圆挥?jì)，但當(dāng)負(fù)載阻抗為4Ω時(shí)，其相對(duì)較純的三次諧波會(huì)在THD殘留物中變得明顯起來(lái)。
b、LSN隨驅(qū)動(dòng)管發(fā)射極活集電極電阻的減小而加重。
出現(xiàn)上述情況的原因是驅(qū)動(dòng)管?擺幅變大，然而其好處是可見(jiàn)效關(guān)端失真，二者兼顧折衷的方法是取阻值為47~100Ω。
需要指出的是，LSN在總失真所占有的比重（負(fù)載為8Ω時(shí)）與交越失真和關(guān)斷失真相比是很小的。這個(gè)論斷在4Ω負(fù)載時(shí)是不成立的，更不要說(shuō)是2Ω負(fù)載了。如果設(shè)計(jì)重點(diǎn)不是放在使關(guān)斷失真最小化上，冊(cè)互補(bǔ)反饋對(duì)管式輸出級(jí)通常是最佳的選擇。
c、大Ic時(shí)的增益跌落可又簡(jiǎn)單有效的前饋機(jī)制部分地加以抵消。
大信號(hào)非線性時(shí)針
輸出級(jí)的失真
交越失真
交越時(shí)針之所以對(duì)乙類(lèi)功放最為有害，是由于它會(huì)產(chǎn)生令人討厭的高次諧波，而且其值會(huì)隨信號(hào)電品的下降而增大。事實(shí)上，就一太驅(qū)動(dòng)8Ω負(fù)載放大器而言，其綜合線性是由交越失真來(lái)決定的，即使是在其輸出級(jí)設(shè)計(jì)的很好，并且加的偏壓也為最佳值時(shí)，也是如此。
圖1-12（欠圖）示出了失真加噪聲（THD+N）隨輸出電平降低而增大的情形，但其變化比較緩慢。實(shí)際上，射隨器式互補(bǔ)反饋對(duì)管式輸出級(jí)都具有與圖1-12相類(lèi)似的曲線，不管偏置不足的程度有多大，總諧波失真在輸出電壓減半時(shí)將增加1.5倍。
圖1-12 THD+N隨輸出電平變化曲線（欠圖）
關(guān)于交越失真的情況，英國(guó)有關(guān)部門(mén)文獻(xiàn)的報(bào)道如下：
實(shí)驗(yàn)證明，就大多數(shù)指標(biāo)而言，互補(bǔ)反饋對(duì)管式輸出級(jí)優(yōu)于射極跟隨器式輸出級(jí)。有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果于表1-1、1-2、1-3中，其中表1-2、1-3分別為互補(bǔ)反饋對(duì)管式輸出級(jí)及射極跟隨器輸出級(jí)和互補(bǔ)反饋對(duì)管輸出級(jí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表中Vb為倍增偏置發(fā)生器在驅(qū)動(dòng)級(jí)基極兩端建立的電壓，工作于乙類(lèi)放大狀態(tài)時(shí)，Vb=Vq~3Vq，Vq為在兩個(gè)發(fā)射極電阻Re兩端產(chǎn)生的靜態(tài)電壓，通常Vq=5~50mV，依所選的電路結(jié)構(gòu)而定。靜態(tài)電流Iq為流過(guò)輸出器件的電流，其中不包括驅(qū)動(dòng)級(jí)穩(wěn)定電流。
為了改善交越失真，記住以下條件結(jié)論是很重要的：
a、?靜態(tài)電流本身無(wú)關(guān)緊要，而VQ卻是至關(guān)重要的參量；
b、?一個(gè)能使VQ嚴(yán)格保持正確的熱補(bǔ)償方案，只需要知道驅(qū)動(dòng)管和輸出管的結(jié)溫。令人遺憾的是，這些結(jié)溫實(shí)際上是不能準(zhǔn)確測(cè)得的，但至少我們可以知道目標(biāo)是什么。
關(guān)斷失真
關(guān)斷失真取決于幾個(gè)可變因素，尤其是輸出器件的速度特性和輸出拓?fù)洹ｊP(guān)鍵的因素是輸出級(jí)能否使輸出其間b、e結(jié)反向偏置，致使載流子吸出速度最大，以便使輸出器件迅速截止。前述圖1-8（b）射隨器輸出級(jí)電路是唯一能使輸出b、e結(jié)反向偏置的普通電路。
第二個(gè)影響因素就是驅(qū)動(dòng)級(jí)發(fā)射極或集電極的電阻值，該電阻愈小，可除去已存儲(chǔ)電荷的速度就越快，應(yīng)用這些準(zhǔn)則可明顯減小高頻失真。
此外，圖1-8(b)所示的射隨器輸出電路的共用驅(qū)動(dòng)級(jí)電阻Rd上并聯(lián)一個(gè)加速電容后，可以減小高頻時(shí)的THD失真。比如，在40Hz時(shí)，可使THD減小1半，這說(shuō)明輸出器件截止要'純凈'得多。當(dāng)然在300Hz~8KHz范圍內(nèi)也是會(huì)有同樣的好處。
對(duì)于雙結(jié)型晶體管構(gòu)成的輸出級(jí)而言，最佳輸出級(jí)的選擇如下：
（1）?第二種射極跟隨器式輸出級(jí)
這種輸出級(jí)在對(duì)付截止失真方面是最好的，但靜態(tài)電流穩(wěn)定性可能有問(wèn)題。
（2）?互補(bǔ)反饋對(duì)管式輸出級(jí)
這種輸出級(jí)具有良好的靜態(tài)電流穩(wěn)定性和很小的大信號(hào)非線性，但最大的特點(diǎn)是如果不另加高壓電源，就不可能通過(guò)輸出基極反偏置來(lái)時(shí)間快速截止。
（3）?巴克森徳爾準(zhǔn)互補(bǔ)式輸出
這種輸出級(jí)在現(xiàn)行方面與射極跟隨器輸出級(jí)差不多，但具有節(jié)約輸出器件成本的優(yōu)點(diǎn)。然而其靜態(tài)電流穩(wěn)定性卻不如互補(bǔ)反饋對(duì)管式輸出級(jí)。
詳解晶體三極管放大電路
簡(jiǎn)單的放大電路的工作原理
簡(jiǎn)單的放大電路的構(gòu)成
對(duì)放大電路的輸入所施加的是從稱(chēng)為信號(hào)源的麥克風(fēng)、錄放機(jī)等而來(lái)的極小的輸出電壓。放大電路的輸出，連接有稱(chēng)為負(fù)載的揚(yáng)聲器、蜂鳴器等。電容C1在起著隔直作用的同時(shí)，僅讓從信號(hào)源來(lái)的像語(yǔ)音電流那樣的交流通過(guò)，是信號(hào)源和晶體三極管之間的連接元件。C2是使負(fù)載中僅有交流流通的元件，C1、C2都稱(chēng)為耦合電容
電阻RB是決定基極電流IB值的元件，也稱(chēng)作為偏置電阻。
電阻RL稱(chēng)為負(fù)載電阻，是為了獲取輸出電壓的元件。
由各部分的波形考察了解放大電路的狀況
在信號(hào)源的輸出中，混入有各種各樣的頻率、振幅的信號(hào)，另外負(fù)載也根據(jù)種類(lèi)不同，具有各種各樣的電阻值或阻抗值。
這里，為了說(shuō)明簡(jiǎn)單，假設(shè)輸入為具有單一頻率恒定振幅的正弦波交流電壓（輸入信號(hào)電壓簡(jiǎn)稱(chēng)為輸入電壓）。
基極端
通過(guò)耦合電容C1施加在基極-發(fā)射極間，根據(jù)從電源流過(guò)偏置電阻RB的直流IB，在基極-發(fā)射極間產(chǎn)生直流電壓VBE。因此，在基極-發(fā)射極間，施加的是VBE和vi疊加起來(lái)的電壓VBE+vi。另外基極流過(guò)與VBE+vi成比例的基極電流IB+ib。
集電極端
集電極端與基極端一樣，直流集電極電流IC從電源流過(guò)負(fù)載電阻RL，根據(jù)基極電流IB+ib的控制，有如圖3.5（a）所示的集電極電流IC+ic流通。
根據(jù)這一集電極電流，集電極-發(fā)射極間產(chǎn)生的直流成分和交流成分的電壓變成如下所示但是，對(duì)交流成分的集電極壓vc，有vc=RLic。
①當(dāng)輸入電壓為0V時(shí)，因?yàn)榧姌O電流只有直流成分IC，所以集電極-發(fā)射極間電壓VCE只是比電源電壓VCC降低了由負(fù)載電阻RL產(chǎn)生的電壓降RLIC。
②當(dāng)輸入電壓正向增大時(shí)，因?yàn)榧姌O電流IC+ic也增加，則由RL引起的電壓降變大，所以集電極-發(fā)射極間電壓減小。反之，若vi反向增大，則集電極-發(fā)射極間電壓將增大。
因此，對(duì)集電極-發(fā)射極間電壓VCE+vc，由于其直流成分被耦合電容C2所阻隔，所以輸出電壓vo變得輸出電壓，就可明白：
①當(dāng)輸入電壓vi=10mv時(shí)，因?yàn)檩敵鲭妷簐o=1.7v，所以輸出被放大到輸入電壓的170倍。
②當(dāng)vi正向增加時(shí)，vo為反向增加。即vi和vo之間存在180○的相位差，這稱(chēng)為輸入輸出的相位反轉(zhuǎn)。
偏置的必要性和偏置電路
偏置的必要性
在前述放大電路中，只著眼了放大的情況，晶體三極管以直流成分為中心交流成分疊加其上進(jìn)行工作，輸出波形可與輸入波形成比例地?zé)o失真地放大。這里，電極間的直流電壓、直流電流通常稱(chēng)為偏置電壓、偏置電流，也簡(jiǎn)稱(chēng)為偏置
發(fā)射結(jié)沒(méi)有加上偏置電壓的情況。因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正如已經(jīng)學(xué)過(guò)的那樣由pn結(jié)組成，所以只有在vi的正半周期中成為正偏，因此，由于集電極電流ic僅在ib流通時(shí)流通，結(jié)果出現(xiàn)如所示的輸入波形的一半被放大的情況。
若對(duì)B、E間施加直流電壓VBE，即偏置電壓VBE一旦加上，則偏置電流IB就流通，令I(lǐng)B≥ibm（基極電流交流成分的最大值），則集電極電流IC+ic獲得與輸入波形成比例變化的波形。
還有，即使加上偏置電壓VBE，但假如此時(shí)流通的偏置電流Ib＜ibm，則基極電流IB+ib，集電極電流IC+ic變得如同所示，波形產(chǎn)生了失真。因此，放大電路設(shè)計(jì)時(shí)必須設(shè)置適當(dāng)量的偏置。
偏置電路
前節(jié)的放大電路中，沒(méi)有在發(fā)射結(jié)之間專(zhuān)門(mén)使用稱(chēng)為VBE的電源，那么，偏置是如何產(chǎn)生的呢，讓我們對(duì)下面的偏置電路進(jìn)行分析。
固定偏置電路
這是最簡(jiǎn)單的偏置電路，偏置電流IB自電源VCC經(jīng)過(guò)RB流通。即這一電路的偏置電流IB可用下式表示：
IB=（VCC-VBE）/RB
式中VBE的值對(duì)鍺晶體三極管而言約為0.2V，對(duì)硅晶體三極管而言約為0.6～0.7V。
因此，由于一旦給定VCC的值，由該電路中的IB就基本決定，所以該電路稱(chēng)為固定偏置電路。它雖電路簡(jiǎn)單且功耗小，但由于對(duì)溫度的穩(wěn)定性能差，故用于像玩具那樣的放大倍數(shù)不高、保真度要求低的場(chǎng)合。
電流反饋偏置電路
作為最通常被使用的偏置電路，有所示的電流反饋偏置電路。與固定偏置電路的不同的是將RA和RE接入了偏置回路。這種情況下，由于RA和RB是對(duì)電源電壓進(jìn)行分壓的元件，故稱(chēng)為分壓電阻。另外，RE雖稱(chēng)為發(fā)射極電阻，但由于它具有使偏置穩(wěn)定的作用，故又稱(chēng)為穩(wěn)定電阻。
這個(gè)電路的工作原理如下
①流過(guò)分壓電阻ＲＡ的分壓電流ＩＡ為基極電流ＩＢ的１０倍以上，令ＲＡ端電壓ＶＢ即使當(dāng)基極電流變化時(shí)也基本保持不變。因此，偏置電壓ＶＢＥ為ＶＢ與ＶＥ的差，如下式所示：
ＶＢＥ＝ＶＢ－ＶＥ＝ＶＢ－ＩＥＲＥ
②現(xiàn)在，一旦溫度上升，ＩＣ增加，則因?yàn)榘l(fā)射極電流ＩＥ增大，ＩＥＲＥ也增大，所以ＶＢＥ減小。
③若ＶＢＥ減小，則由于ＩＢ減小，所以可抑制ＩＣ的增加。
因此，電路雖較復(fù)雜，但對(duì)于溫度變化的穩(wěn)定性好。
如何確定偏置電路的電阻值
集電極電流和負(fù)載電阻的確定方法
放大電路設(shè)計(jì)時(shí)的電源電壓，考慮到放大電路的用途、晶體三極管及負(fù)載的種類(lèi)等，采用從電池或穩(wěn)壓電源電路獲取電壓等，選擇適合于相應(yīng)狀態(tài)的電壓就可以。
其次，考慮如何確定集電極電流和負(fù)載電阻的值。下節(jié)將詳細(xì)敘述，因?yàn)榧姌O－發(fā)射極間的電壓ＶＣＥ取值為電源電壓ＶＣＣ的１／２，所以可從負(fù)載電阻ＲＬ上獲取最大的輸出。因此，同圖電路中負(fù)載電阻ＲＬ上的電壓降變成電源電壓剩下的一半，集電極電流ＩＣ表示為下式：
即選擇集電極電流ＩＣ，以使ＶＣＥ成為１／２的ＶＣＣ即可。
如上所述，首先確定電源電壓ＶＣＣ，然后若確定了ＩＣ，則ＲＬ確定。如果，根據(jù)負(fù)載的種類(lèi)ＲＬ先確定下來(lái)的話，則ＩＣ在其后確定。通常，ＩＣ先被確定的時(shí)候居多，特別是對(duì)信號(hào)放大時(shí)的初級(jí)晶體三極管，由于輸入電壓很小，偏置電流盡可能取得小一些以防止雜音的產(chǎn)生，所以集電極電流取得小一些。
還有，人們一般認(rèn)為若對(duì)負(fù)載電阻RL取較大值，則RL的輸出電壓將變大，輸出或產(chǎn)生失真，或輸出電壓降低。其原因是由偏置的不恰當(dāng)引起失真和一旦IC降低到某種程度就會(huì)導(dǎo)致hFE降低，從而使輸出電壓降低。
偏置電路電阻值的確定方法
設(shè)計(jì)偏置電路時(shí)，如前面已學(xué)過(guò)的那樣，對(duì)電源電壓、集電極電流、負(fù)載電阻的值等有事先確定的必要。這些稱(chēng)為偏置電路的設(shè)計(jì)條件。
（a） 固定偏置電路的電阻值
首先，作為設(shè)計(jì)條件選定如下的值：
電源電壓VCC=9V
偏置電壓VBE=0.67V
集電極電流IC=2.5mA
直流電流放大倍數(shù)hFE=140
對(duì)基極電流IB，根據(jù)hFE=IC/IB，有
RB滿(mǎn)足下式：
因此，雖RB的標(biāo)稱(chēng)值取為470K，但因?yàn)?a target="_blank">電阻器也存在誤差，所以IC選用的值接近2.5mA。
（b） 電流反饋偏置電路的電阻值
設(shè)計(jì)條件與固定偏置電路部分相同，如下所示
電源電壓VCC=9V
偏置電壓VBE=0.67V
發(fā)射極電流IE=集電極電流IC
發(fā)射極電壓VE為電源電壓VCC的20％
集電極電流IC=2.5mA
直流電流放大倍數(shù)hＦＥ＝１４０
ＩＡ是ＩＢ的１０倍
①ＲＥ的確定 因?yàn)椋郑攀牵郑茫玫模玻埃?，所以Ｖ?1.8V，另IE=IC=2.5mA，則
②RA的確定 基極電流IB為
因?yàn)镮Ａ是IB的10倍，所以
IA=10IB=10×18×10-6=180μA
又，RA的端電壓VB
VB=VBE+VE=0.67+1.8=2.47V
因此，對(duì)RA有
③RB的確定 流過(guò)RB的電流IA+IB為
IA+IB=180μA+18μA=198μA
RB的端電壓VA為
VA=VCC-VB=9-2.47=6.53V
因此，RB由下式確定為
根據(jù)特性曲線求解偏置和放大倍數(shù)的方法
利用特性曲線圖求解偏置電壓和偏置電流②
晶體三極管的電壓和電流的關(guān)系可以用靜態(tài)特性曲線表示，利用這一特性曲線， ?。╝） 直流負(fù)載線的畫(huà)法
對(duì)晶體三極管接入負(fù)載，取出其上輸出時(shí)的特性稱(chēng)為動(dòng)態(tài)特性。對(duì)這個(gè)電路若只考慮直流成分，集電極是電壓VCE如下所示：
VCC=VL+VCE+ICRL+VCE
VCE=VCC-ICRL
根據(jù)上式，為了將VCE和IC的關(guān)系用VCE-IC特性曲線來(lái)表示，按以下步驟進(jìn)行
①求VCE=0時(shí)的IC=ICA。
ICA=VCC/RL
現(xiàn)在，因?yàn)閂CC=9V，RL=1.8K，所以VCE為0V時(shí)，有ICA=5mA，將其取作A點(diǎn)。
②求IC=0時(shí)的VCE。
VCE=VCC
故IC=０時(shí)，有VCE=9V，將其取作B點(diǎn)。
③連接A點(diǎn)和B點(diǎn)畫(huà)直線段 因?yàn)檫@一直線段AB的斜率由負(fù)載電阻RL決定，所以稱(chēng)為負(fù)載線。
（b）偏置電壓和偏置電流的求解方法
VCE和IC的關(guān)系總是反映在負(fù)載線上，負(fù)載線上任意的點(diǎn)被稱(chēng)為工作點(diǎn)。因而根據(jù)工作點(diǎn)可以求出偏置。例如若將工作點(diǎn)置于P，則有VCE=4.5V，IC=2.5mA，IB=18μA。另外，對(duì)于這一IB的值，，根據(jù)工作點(diǎn)P可得VBE=0.67V。
（c） 由工作點(diǎn)的偏移引起的輸出電壓的失真
為了使輸出電壓vo無(wú)失真地放大，由于將VCE置于中點(diǎn)，vo可以有較大的動(dòng)態(tài)范圍，所以必須注意VCE和vo的關(guān)系。例如，將VCE置于左右錯(cuò)開(kāi)2V、8V之處，若以此為中心疊加上振幅為2.5V的vo，將產(chǎn)生失真。
因此，由上述分析可見(jiàn)VCE值，由于其取值為電源電壓的1/2，即處于負(fù)載線的兩等分點(diǎn)處，故可獲得最大的無(wú)失真輸出電壓vo。
交流成分的工作原理
當(dāng)輸入電壓vi施加到電路上時(shí)，放大的情況如下所述
①可以表示出在VBE-IB特性曲線上，以VBE=0.67V為中心，輸入電壓有vi=10mV的變化。即vi以P為中心，在P1和P2之間變化。
②可以表示出在VCE-IC特性的直流負(fù)載線上，ib的變化、ic的變化、輸出vo的變化，均分別以工作點(diǎn)P為中心，在P1和P2之間進(jìn)行。
③因此，輸出電壓vo以 VCE=4.5V為中心，以1.7V的振幅進(jìn)行變化。
電壓放大表示和增益
輸出電壓vo和輸入電壓vi之比稱(chēng)為電壓放大倍數(shù)Av，由下式表示：
Av=vo/vi
另外，電壓放大倍數(shù)也有用對(duì)數(shù)表示的，這稱(chēng)為電壓增益Gv，如下表示，以［dB］作為單位。
Gv=20log10Av［dB］
因而，有Av=170倍，Gv=44.6dB。還有，除電壓之外，電流、功率也有放大倍數(shù)和增益，它們各自的關(guān)系如表3.1和表3.2所示。
用晶體三極管的四個(gè)參數(shù)畫(huà)出等效電路
晶體三極管的四個(gè)參數(shù)是什么
為設(shè)計(jì)晶體三極管電路，可以利用晶體三極管的靜態(tài)特性來(lái)求出偏置、放大倍數(shù)等。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)這一靜態(tài)特性的利用范圍幾乎是線性部分。為代替靜態(tài)特性，可以用線性范圍內(nèi)的某一部分的斜率以數(shù)值的形式來(lái)表示特性曲線，稱(chēng)其為h參數(shù)。在2.4節(jié)，只演示了實(shí)際使用的三條特性曲線，根據(jù)四條特性曲線，有如下所示四個(gè)h參數(shù)。
Hfe（電流放大倍數(shù)）：是IB-IC特性曲線的斜率，hfe=△IC/△IB
Hie（輸入阻抗）：是VBE-IB特性曲線的斜率，hie=△VBE/△IB［］
Hoe（輸出導(dǎo)納）：是VCE-IC特性曲線的斜率，hoe=△IC/△VCE［S］
Hre（電壓反饋系數(shù)）：是VCE-VBE特性曲線的斜率，hre=△VBE/△VCE
以上h參數(shù)的值，不僅根據(jù)晶體三極管種類(lèi)的不同而有差異，而且，即使是同一個(gè)晶體三極管，也會(huì)根據(jù)集電極電流IC、集電極-發(fā)射極間電壓VCE、周?chē)鷾囟萒a等測(cè)定條件的不同
利用h參數(shù)可以表示晶體三極管的等效電路
晶體三極管電路的放大倍數(shù)雖可以利用靜態(tài)特性通過(guò)作圖的方法進(jìn)行求解，但若直接計(jì)算則更為方便。因此，有必要學(xué)習(xí)利用h參數(shù)來(lái)表示晶體三極管對(duì)交流的作用的晶體三極管等效電路?！ 。╝） 輸入端的等效電路
因?yàn)椤鱒BE與交流量的vbe=vi相當(dāng)，△IB與交流量的ib=ii相當(dāng)，所以，各自的關(guān)系如下式所示：
因此，基極-發(fā)射極間相對(duì)于交流的輸入阻抗與hie相等，
（b） 輸出端的等效電路
△VCE與交流量的vce=vo、△IC與交流量的ic=io、△IB與交流量的ib=ii相當(dāng)，分別求解各關(guān)系，有下列各式成立：
因此，集電極-發(fā)射極間，與負(fù)載電阻RL上流過(guò)hfeii的電流的電路等效，（c） 晶體三極管完整的等效電路
這樣的等效電路稱(chēng)為簡(jiǎn)易等效電路，完全勝任于實(shí)際應(yīng)用。這里，如果RL》1/hoe，就使用等效電路。
利用等效電路求取放大倍數(shù)的方法
利用h參數(shù)等效電路求取放大倍數(shù)的方法
已利用特性曲線由圖解法獲得，這里試根據(jù)h參數(shù)等效電路，通過(guò)計(jì)算的方法來(lái)求取。
放大電路的h參數(shù)，通常采用表示在產(chǎn)品目錄、規(guī)格手冊(cè)等上的數(shù)值。如前所述，這些值隨測(cè)試條件的不同而變化，這里選用與3.4節(jié)的情況相同的條件，則h參數(shù)如表3.3所示。
對(duì)交流而言是將RB接入基極-發(fā)射極之間，而將RL接入集電極-發(fā)射極之間。但是，由于RB和hie成為并聯(lián)且RB》hie，所以RB可以忽略不計(jì)。另外，因RL和1/hoe成為并聯(lián)且1/hoe》RL，所以1/hoe可以忽略不計(jì)
電壓放大倍數(shù)
因?yàn)殡妷悍糯蟊稊?shù)Av是輸出電壓vo和輸入電壓vi之比，所以由等效電路得下式：
將表3.3中的數(shù)值代入，得
這樣，電壓放大倍數(shù)與在3.4節(jié)由圖解法求得的值基本一致。
（b） 電流放大倍數(shù)和功率放大倍數(shù)
電流放大倍數(shù)Ai和功率放大倍數(shù)Ap，也可以根據(jù)等效電路按如下方式求得。
（c） 輸入阻抗和輸出阻抗
從輸入端的基極-發(fā)射極間，以及從輸出端的集電極-發(fā)射極間分別向三極管內(nèi)部看去時(shí)的阻抗稱(chēng)為輸入阻抗Zi和輸出阻抗Zo雖在簡(jiǎn)易等效電路中，1/hoe省略了，但實(shí)際上它存在于集電極-發(fā)射極之間。因此，根據(jù)同圖（b）和表3.3，Zi、Zo如下所示：
Zi=hfe ∴Zi=1.5kΩ
Zo=1/hoe ∴Zo=100kΩ
放大電路的分類(lèi)
對(duì)放大電路，有根據(jù)晶體三極管的三個(gè)電極中哪個(gè)接地而決定的分類(lèi)法和根據(jù)晶體三極管工作時(shí)工作點(diǎn)的設(shè)定而決定的分類(lèi)法，在表3.4中表示了各種分類(lèi)。
本章小結(jié)
偏置的必要性
為了不失真地放大輸入波形，必須預(yù)先設(shè)定一定的直流電流流過(guò)基極-發(fā)射極間。這就是偏置，施加在各電極間的直流電壓稱(chēng)為偏置電壓，流過(guò)的直流電流稱(chēng)為偏置電流。
偏置電路
有電路簡(jiǎn)單、功耗小的固定偏置電路，通常被使用得最多的是能夠抑制由溫度變化引起集電極電流變化的電流反饋偏置電路。
負(fù)載線和工作點(diǎn)
在VCE-IC特性曲線上，根據(jù)VCE=VCC-RLIC，求解當(dāng)VCE=0時(shí)的IC，和IC=0時(shí)的VCE，連接各自點(diǎn)的直線段就是負(fù)載線。另外，負(fù)載線上的每一個(gè)點(diǎn)稱(chēng)為工作點(diǎn)，由工作點(diǎn)可以知道晶體三極管工作時(shí)的偏置情況。
電壓放大倍數(shù)和增益
若令輸入電壓為vi，輸出電壓為vo，則電壓放大倍數(shù)Av及電壓增益Gv由下式表示：
Av=vo/vi Gv=20log10Av［dB］
H參數(shù)
求解靜態(tài)特性的線性范圍的部分斜率，有能夠反映這些特性的如下所示的參數(shù)：
hfe（電流放大倍數(shù)）：△IC/△IB
hoe（輸出導(dǎo)納）：△IC/△VCE［S］
hie（輸入阻抗）：△VBE/△IB［Ω］
hre（電壓反饋系數(shù)）△VBE/△VCE
晶體三極管的等效電路
對(duì)在靜態(tài)特性上利用圖解法求得放大倍數(shù)而言，利用h參數(shù)表示的晶體三極管交流信號(hào)等效電路，根據(jù)計(jì)算得出結(jié)果的方法更為方便有效。
結(jié)語(yǔ)
關(guān)于晶體三極管放大原理及其電路就介紹到這了，希望本文能對(duì)你有所幫助。